Sagorevanje čvrstog goriva koje leži nepomično na rešetki sa gornjim punjenjem goriva prikazano je na Sl. 6.2.

Svježe gorivo je u gornjem dijelu sloja nakon punjenja. Zapaljeni koks se nalazi ispod njega, a šljaka se nalazi direktno iznad rešetke. Ove zone sloja se djelimično preklapaju. Kako gorivo izgara, ono postepeno prolazi kroz sve zone. U prvom periodu po dolasku svježeg goriva u koks koji gori, vrši se njegova termička priprema (zagrijavanje, isparavanje vlage, oslobađanje isparljivih tvari), za šta se troši dio topline oslobođene u sloju. Na sl. 6.2 prikazuje približno sagorijevanje čvrstog goriva i raspodjelu temperature po visini sloja goriva. Područje najviše temperature nalazi se u zoni sagorijevanja koksa, gdje se oslobađa glavna količina topline.

Šljaka nastala tokom sagorevanja goriva teče u kapljicama iz vrućih komada koksa prema vazduhu. Postepeno se šljaka hladi i već u čvrstom stanju stiže do rešetke odakle se uklanja. Šljaka koja leži na rešetki štiti je od pregrijavanja, zagrijava i ravnomjerno raspoređuje zrak po sloju. Vazduh koji prolazi kroz rešetku i ulazi u sloj goriva naziva se primarni vazduh. Ako nema dovoljno primarnog zraka za potpuno sagorijevanje goriva i iznad sloja postoje produkti nepotpunog sagorijevanja, tada se zrak dodatno dovodi u nadslojni prostor. Ovaj vazduh se naziva sekundarni vazduh.

Sa gornjim dovodom goriva u rešetku, vrši se donje paljenje goriva i suprotno kretanje tokova gas-vazduh i goriva. Time se osigurava efikasno paljenje goriva i povoljni hidrodinamički uslovi za njegovo sagorijevanje. Primarne kemijske reakcije između goriva i oksidatora odvijaju se u zoni vrućeg koksa. Priroda stvaranja plina u sloju gorućeg goriva prikazana je na Sl. 6.3.

Na početku sloja, u zoni kiseonika (K), u kojoj dolazi do intenzivne potrošnje kiseonika, istovremeno se formiraju ugljen monoksid i ugljen dioksid CO 2 i CO. Pri kraju zone kiseonika koncentracija O 2 opada na 1–2%, a koncentracija SO 2 dostiže svoj maksimum. Temperatura sloja u zoni kiseonika naglo raste i ima maksimum gde se uspostavlja najveća koncentracija CO 2.

U redukcijskoj zoni (B) kisika praktično nema. Ugljični dioksid reaguje s vrućim ugljikom i nastaje ugljični monoksid:

Po visini redukcijske zone, sadržaj CO 2 u plinu opada, a sadržaj CO se shodno tome povećava. Reakcija interakcije ugljičnog dioksida sa ugljikom je endotermna, pa temperatura pada po visini redukcijske zone. U prisustvu vodene pare u gasovima u redukcionoj zoni, moguća je i endotermna reakcija raspadanja H 2 O.

Odnos količina CO i CO 2 dobijenih u početnom delu zone kiseonika zavisi od temperature i varira prema izrazu

gde je E s i E SO2 - energije aktivacije formiranja SO i SO 2, respektivno; A je numerički koeficijent; R je univerzalna plinska konstanta; T je apsolutna temperatura.
Temperatura sloja, pak, zavisi od koncentracije oksidacionog agensa, kao i od stepena zagrevanja vazduha.U redukcionoj zoni, sagorevanje čvrstog goriva i temperaturni faktor takođe imaju odlučujući uticaj na odnos između CO i CO2. Sa povećanjem temperature reakcije, CO 2 + C = P 2, CO se pomiče udesno i povećava se sadržaj ugljičnog monoksida u plinovima.
Debljine kisikovih i redukcijskih zona zavise uglavnom od vrste i veličine komada goriva koje gori i temperaturnog režima. S povećanjem veličine goriva, debljina zona se povećava. Utvrđeno je da je debljina zone kiseonika približno tri do četiri prečnika gorućih čestica. Zona oporavka je 4-6 puta deblja od zone kiseonika.

Povećanje intenziteta eksplozije praktički ne utiče na debljinu zona. To je zbog činjenice da je brzina kemijske reakcije u sloju mnogo veća od brzine formiranja smjese i sav isporučeni kisik trenutno reagira s prvim redovima čestica užarenog goriva. Prisustvo kiseonika i redukcionih zona u sloju je tipično za sagorevanje i ugljenika i prirodnih goriva (slika 6.3). S povećanjem reaktivnosti goriva, kao i smanjenjem njegovog sadržaja pepela, debljina zona se smanjuje.

Priroda stvaranja gasa u sloju goriva pokazuje da se, u zavisnosti od organizacije sagorevanja, na izlazu iz sloja mogu dobiti ili praktično inertni ili zapaljivi i inertni gasovi. Ako je cilj maksimizirati pretvorbu topline goriva u fizičku toplinu plinova, tada proces treba provesti u tankom sloju goriva s viškom oksidatora. Ako je zadatak dobivanje zapaljivih plinova (gasifikacija), tada se proces provodi sa slojem razvijenim u visini s nedostatkom oksidatora.

Sagorijevanje goriva u kotlovskoj peći odgovara prvom slučaju. A sagorijevanje čvrstog goriva organizirano je u tankom sloju, što osigurava maksimalan tok oksidativnih reakcija. Budući da debljina zone kisika ovisi o veličini goriva, što su komadići veći, sloj bi trebao biti deblji. Dakle, pri sagorijevanju mrkog i bitumenskog uglja (veličine do 20 mm) u sloju sitnože, debljina sloja se održava na oko 50 mm. Kod istih ugljeva, ali u komadima većim od 30 mm, debljina sloja se povećava na 200 mm. Potrebna debljina sloja goriva zavisi i od njegovog sadržaja vlage. Što je veći sadržaj vlage u gorivu, to mora biti veća rezerva goruće mase u sloju kako bi se osiguralo stabilno paljenje i sagorijevanje svježeg dijela goriva.

Zdravo! U zavisnosti od uslova procesa sagorevanja, veći ili manji deo polaznih materijala može da uđe u reakciju. Za potpuno korištenje hemijske energije goriva potrebno je reakciju sagorijevanja goriva dovesti gotovo do kraja. U uslovima industrijskog sagorevanja goriva, ravnoteža reakcija sagorevanja se retko postiže zbog malog vremena za reakcije sagorevanja.

Sagorevanje tečnih i čvrstih goriva u teoriji sagorevanja naziva se heterogeno sagorevanje, jer se odvija u nehomogenom (heterogenom) sistemu. Ako gori mješavina plinova, tada se sagorijevanje naziva homogenim.

Kada tečno gorivo sagorijeva u komori za sagorijevanje, gorivo isparava s površine kapljica. Nastale pare goriva, zbog visoke temperature u peći, prolaze kroz termičku razgradnju i brzo sagorevaju na površini čestica. U ovim uslovima, brzina procesa sagorevanja je određena brzinom isparavanja goriva. Kako bi se povećala ukupna površina kapljica, tečno gorivo, kada se unese u komoru za izgaranje, podvrgava se finoj atomizaciji pomoću mlaznica (površina se povećava za nekoliko hiljada puta). Teške frakcije koje nisu isparile iz kapljice prolaze kroz termičku razgradnju (pucanje), što rezultira stvaranjem raspršenog ugljika, koji daje sjaj plamenu.

Proces sagorevanja čvrstog goriva može se podeliti u dve faze. Nakon isparavanja vlage iz goriva, izgaraju isparljive tvari koje se oslobađaju kao rezultat termičke razgradnje goriva. Tada čvrsti ostatak (koks) počinje da gori. Kada se gorivo zagrije vrlo brzo, oba stupnja se preklapaju jedan na drugi, jer dio hlapljivih tvari gori zajedno s ugljikom koksa.

Koks se djelimično podvrgava gasifikaciji, a nastali gasoviti proizvodi, koji se uglavnom sastoje od ugljen monoksida CO, sagorevaju u komori za sagorevanje. Izgaranje čestice čvrstog goriva događa se ne samo s njegove površine, već i u volumenu zbog prodiranja kisika u pore. U tom slučaju se na površini čestice formira granični (laminarni) sloj plina u kojem se smanjuje sadržaj kisika, a povećava sadržaj produkata rasplinjavanja i izgaranja (CO i CO2). Ovaj granični sloj gasa sprečava dovod kiseonika, a brzina reakcije sagorevanja zavisiće od brzine difuzije oksidansa kroz granični sloj. Da bi se povećao intenzitet sagorijevanja, povećava se brzina oksidatora (vazduha) u odnosu na površinu čestica goriva, što smanjuje debljinu graničnog sloja.

Na proces sagorevanja goriva značajno utiču i mineralne nečistoće (sadržaj pepela). Kako ugljen sagorijeva, na površini čestica goriva formira se sloj pepela. Na niskoj tački omekšavanja pepela i velikom sadržaju pepela, ovaj sloj obavija (šljaka) čestice goriva i otežava proces sagorevanja. Za uklanjanje nakupljanja pepela tijekom slojevitog sagorijevanja goriva vrši se šurovka, odnosno otpuštanje sloja goriva.

U snažnim modernim kotlovima, čvrsta goriva se sagorevaju u suspenziji. Komadi goriva se prethodno melju u posebnim mlinovima, čime se njihova specifična površina povećava za nekoliko stotina puta. Mješavina prašine i zraka goriva se dovodi u komoru za sagorijevanje, gdje se gorivo pali i sagorijeva u struji plin-vazduh. Sagorijevanje goriva također se odvija u dvije faze, međutim vrijeme sagorijevanja čestica goriva je značajno smanjeno. Ovakav način sagorevanja omogućava intenziviranje procesa sagorevanja, kao i potpunu mehanizaciju svih proizvodnih operacija. Isp. Literatura: 1) Khzmalyan D.M., Kagan Ya.A. Teorija sagorevanja i uređaji za sagorevanje, Moskva, "Energia", 1976; 2) Toplotna tehnika, Bondarev V.A., Protskiy A.E., Grinkevič R.N. Minsk, ur. 2., "Viša škola", 1976.

Zadatak …………………………………………………………………………………… ..3

Uvod …………………………………………………………………… ... 4

Teorijski dio

1. Osobine sagorijevanja čvrstog goriva …………………………………………………………………………………………………… ..... 6

2. Sagorijevanje goriva u komornim pećima .... ………………………… .9

3. Mjesto i uloga čvrstog goriva u energetskom sektoru Rusije …………… ..12

4. Smanjenje emisije čestica pepela iz kotlovskih peći konstruktivnim i tehnološkim metodama ……………………………… 14

5. Sakupljanje pepela i vrste sakupljača pepela …………………………………… .15

6. Ciklonski (inercijski) sakupljači pepela… .. …………………… ..16

Izračunati dio

1. Početni podaci …………………………………………………………… .18

2. Proračun elementarnog sastava radnog goriva ………………… ..19
3. Proračun masa i zapremine produkata sagorevanja goriva pri sagorevanju u kotlarnicama ………………………………………… ... ………………………… ..19

4. Određivanje visine cijevi H ……………………………………… 20

5. Proračun disperzije i standardi maksimalno dozvoljenih emisija štetnih materija u atmosferu ……………………………………….… 20

6. Određivanje potrebnog stepena čišćenja ………………………………….… 21

Opravdanost izbora ciklona …………………………………………… ..22

Primijenjeni uređaji ………………………………………………………. …… 23

Zaključak ………………………………………………………………………… .24

Spisak korišćene literature ……………………………………………… ... 26

Vježbajte

1. Odrediti elementarni sastav radnog goriva na osnovu navedenih projektnih karakteristika čvrstih goriva.

2. Koristeći rezultate klauzule 1 i početne podatke, izračunajte emisije i zapremine produkata sagorevanja čestica A, oksida sumpora SO x, ugljen monoksida CO, oksida azota NO x, protok gasova koji ulaze u dimnjak u uslovima rada od kotlovnica.

3. Prema rezultatima klauzule 2 i početnim podacima odredite promjer otvora dimnjaka. Odredite visinu cijevi H.

4. Odrediti najviše očekivanu koncentraciju C m (mg/m 3) štetnih materija: ugljen monoksida CO, sumpordioksida SO 2, azotnih oksida NO x, prašine, (pepela) u površinskom sloju atmosfere pod nepovoljnim uslovima disperzije.

5. Usporedite stvarni sadržaj štetnih tvari u zraku, uzimajući u obzir pozadinsku koncentraciju (C m + C f), sa sanitarno-higijenskim standardima (MPC), ako je MPC CO = 5 mg/m 3, MPC NO 2 = 0,085 , MPC SO 2 = 0,5 mg / m 3, maksimalno dozvoljena koncentracija prašine = 0,5 mg / m 3.

7. Odrediti potreban stepen prečišćavanja i dati preporuke za smanjenje emisija ako stvarna emisija M bilo koje supstance premašuje projektni standard (MPE).

8. Razviti i opravdati metode i uređaje koji se koriste za tretman otpadnih opasnih materija.

Teorijski dio

Uvod

Industrijska proizvodnja i druge vrste ljudske ekonomske aktivnosti su praćene ispuštanjem zagađujućih materija u životnu sredinu.

Kotlovske instalacije koje koriste sagorevanje čvrstih, tečnih i gasovitih goriva za zagrevanje vode za sisteme grejanja nanose značajnu štetu životnoj sredini.

Glavni izvor negativnog uticaja energetskog sektora su proizvodi koji nastaju tokom sagorevanja fosilnih goriva.

Radnu masu fosilnog goriva čine ugljenik, vodonik, kiseonik, azot, sumpor, vlaga i pepeo. Kao rezultat potpunog sagorijevanja goriva nastaju ugljični dioksid, vodena para, sumporni oksidi (sumpor-dioksid, sumporni anhidrid i pepeo). Oksidi sumpora i pepeo spadaju u otrovne. U jezgri gorionika kotlova s ​​komorom za sagorijevanje velike snage dolazi do djelomične oksidacije dušika u zraku goriva uz stvaranje dušikovih oksida (dušikov oksid i dioksid).

Nepotpuno sagorevanje goriva u pećima takođe može da stvori ugljen monoksid CO 2, ugljovodonike CH 4, C 2 H 6, kao i kancerogene materije. Proizvodi nepotpunog sagorevanja su veoma štetni, ali sa savremenom tehnologijom sagorevanja njihovo stvaranje se može eliminisati ili svesti na minimum.

Najveći sadržaj pepela ima uljnih škriljaca i mrkog uglja, kao i nekih vrsta uglja. Tečna goriva imaju nizak sadržaj pepela; prirodni gas je gorivo bez pepela.

Otrovne materije koje se emituju u atmosferu iz dimnjaka elektrana štetno utiču na čitav kompleks divljači i biosfere.

Sveobuhvatno rješenje problema zaštite okoliša od djelovanja štetnih emisija pri sagorijevanju goriva u kotlovskim jedinicama uključuje:

· Razvoj i implementacija tehnoloških procesa kojima se smanjuju emisije štetnih materija usled potpunog sagorevanja goriva i dr.;

· Implementacija efikasnih metoda i tehnika za čišćenje otpadnih gasova.

Najefikasniji način rješavanja ekoloških problema u sadašnjoj fazi je stvaranje tehnologija koje su skoro bez otpada. Istovremeno se rješava problem racionalnog korištenja prirodnih resursa, kako materijalnih tako i energetskih.

Karakteristike sagorevanja čvrstog goriva

Sagorevanje čvrstog goriva obuhvata dva perioda: pripremu toplote i stvarno sagorevanje. U procesu termičke pripreme gorivo se zagrijava, suši, a na temperaturi od oko 110° počinje pirogenetska razgradnja njegovih sastavnih komponenti oslobađanjem plinovitih isparljivih tvari. Trajanje ovog perioda zavisi uglavnom od sadržaja vlage u gorivu, veličine njegovih čestica i uslova razmene toplote između okolnog medijuma za sagorevanje i čestica goriva. Tok procesa u periodu termičke pripreme povezan je sa apsorpcijom toplote, uglavnom za zagrevanje, sušenje goriva i termičku razgradnju složenih molekularnih jedinjenja.

Samo izgaranje počinje paljenjem isparljivih materija na temperaturi od 400-600, a toplota koja se oslobađa tokom procesa sagorevanja obezbeđuje ubrzano zagrevanje i paljenje koksnog ostatka.

Sagorijevanje koksa počinje na temperaturi od oko 1000°C i najduži je proces.

To je određeno činjenicom da se dio kisika u zoni blizu površine čestice troši za sagorijevanje zapaljivih isparljivih tvari i njegova preostala koncentracija je smanjena, osim toga, heterogene reakcije su uvijek inferiornije brzinom od homogenih za tvari homogena po hemijskoj aktivnosti.

Kao rezultat toga, ukupno vrijeme gorenja čvrste čestice uglavnom je određeno sagorijevanjem koksnog ostatka (oko 2/3 ukupnog vremena gorenja). U mladim gorivima s visokim prinosom hlapljivih tvari, koksni ostatak je manji od polovine početne mase čestica, pa se njihovo sagorijevanje (s jednakim početnim veličinama) odvija prilično brzo i smanjuje se mogućnost nedogaranja. Stari tipovi čvrstih goriva imaju veliki ostatak koksa blizak početnoj veličini čestica, čije sagorijevanje zauzima cijelo vrijeme zadržavanja čestice u komori za izgaranje. Vrijeme sagorijevanja čestice početne veličine 1 mm je od 1 do 2,5 s, ovisno o vrsti početnog goriva.

Koksni ostatak većine čvrstih goriva uglavnom se, a za niz čvrstih goriva, gotovo u potpunosti sastoji od ugljenika (od 60 do 97% organske mase goriva). Uzimajući u obzir da ugljenik obezbeđuje glavno oslobađanje toplote tokom sagorevanja goriva, razmotrimo dinamiku sagorevanja čestice ugljenika sa površine. Kiseonik se iz okoline dovodi do čestice ugljika zahvaljujući turbulentnoj difuziji (turbulentni prijenos mase), koja ima dovoljno visok intenzitet, međutim, tanki sloj plina (granični sloj) je očuvan direktno na površini čestice, prijenosom oksidatora kroz koje se odvija po zakonima molekularne difuzije.

Ovaj sloj značajno inhibira dotok kisika na površinu. Sagoreva zapaljive komponente gasa koje se oslobađaju sa površine ugljenika tokom hemijske reakcije.

Razlikuju se područja difuzije, kinetike i srednjeg sagorevanja. U srednjem, a posebno u difuzijskom području, intenziviranje sagorijevanja moguće je povećanjem opskrbe kisikom, aktiviranjem protoka oksidatora do gorućih čestica goriva. Pri visokim brzinama protoka, debljina i otpor laminarnog sloja na površini se smanjuju, a opskrba kisikom se povećava. Što je ova brzina veća, to je intenzivnije miješanje goriva sa kisikom i veća je temperatura, prijelaz iz kinetičke u međuzonu i iz srednje u zonu difuzionog sagorijevanja.

Sličan efekat u smislu intenziviranja sagorevanja postiže se smanjenjem veličine čestica praškastog goriva. Male čestice imaju razvijeniji prenos toplote i mase sa okolinom. Dakle, kako se veličina čestica praha goriva smanjuje, područje kinetičkog sagorijevanja se širi. Povećanje temperature dovodi do pomaka u područje difuznog sagorijevanja.

Područje čisto difuznog sagorijevanja praškastog goriva ograničeno je uglavnom jezgrom baklje, koje ima najvišu temperaturu sagorijevanja, i zonom naknadnog sagorijevanja, gdje su koncentracije reaktanata već male i njihova interakcija je određena zakonima difuzije. Paljenje bilo kojeg goriva počinje na relativno niskim temperaturama, u uslovima dovoljno kiseonika, tj. u kinetičkom području.

U kinetičkom području sagorijevanja odlučujuću ulogu igra brzina kemijske reakcije, koja ovisi o faktorima kao što su reaktivnost goriva i nivo temperature. Uticaj aerodinamičkih faktora u ovoj oblasti sagorevanja je beznačajan.

Organska goriva (gasovita, tečna i čvrsta) imaju široku primenu u raznim vrstama termičkih instalacija: u pećima parnih i toplovodnih kotlova, uključujući i parnoturbinske elektrane, u industrijskim pećima i u poljoprivredi, u komorama za sagorevanje gasnih turbina i vazdušno-mlaznim motorima, u cilindrima klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem, u komorama za sagorevanje magnetogasdinamičkih elektrogeneratora itd.

Gorivo u bilo kojoj toplani se sagorijeva da bi se dobila toplina kao rezultat egzotermnih kemijskih reakcija i da bi se dobili vrući produkti potpunog sagorijevanja (dimni plinovi) ili produkti rasplinjavanja.

U pećima parnih kotlova, u industrijskim pećima (osim osovinskih), u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, u komorama za sagorevanje gasnih turbina, sagorevanje se obavlja sa najvećom potpunošću, dobijajući proizvode potpunog sagorevanja.

Procesi gasifikacije se izvode u plinskim generatorima, u kojima se kao oksidansi koriste kisik, zrak, vodena para i ugljični dioksid. Reakcije koje se odvijaju u takvim uređajima su po prirodi iste kao i reakcije sagorijevanja, ali kao rezultat njih nastaju zapaljivi plinoviti produkti rasplinjavanja.

Postoji i dvostepeno sagorevanje goriva: 1 - prvo se gorivo gasifikuje; 2 - tada (u istom uređaju) proizvodi gasifikacije potpuno izgore.

Različiti su uvjeti za sagorijevanje goriva u različitim toplotnim uređajima i njihova priprema za sagorijevanje, kao što su različita i sama goriva. Na primjer, u pećima parnih i toplovodnih kotlova i u industrijskim pećima gorivo gori na atmosferskom pritisku, dok u komorama za sagorijevanje plinskih turbina i u cilindrima motora sa unutrašnjim sagorijevanjem gorivo gori pod pritiskom višestruko većim od atmosferskog. pritisak. Uprkos gore navedenoj razlici, procesi sagorevanja različitih goriva imaju dosta zajedničkog. Kratke informacije o procesima sagorevanja i uređajima za gorivo su predstavljene u nastavku.

2. Reakcije sagorevanja i gasifikacije

Procesi sagorevanja se dele na homogene, koje se javljaju u zapremini, kada su gorivo i oksidant u istom faznom stanju (na primer, sagorevanje vodonika pomešanog sa vazduhom), i heterogene, koje se javljaju na površini čvrstog ugljenika (npr. sagorevanje koksa u struji vazduha). U ovim reakcijama sagorevanja oksidans je suvi vazduh, koji se po zapremini sastoji od oko 21% kiseonika i 79% azota, te stoga proizvodi sagorevanja sadrže balast - azot, koji ih razblažuje. Kada se čisti kiseonik koristi kao oksidant, neće biti balasta.

3. Homogeno sagorevanje. Kinetika hemijskih reakcija

U svim termotehničkim instalacijama nastoje da izvode procese sagorevanja najvećom brzinom, jer to omogućava stvaranje malih mašina i aparata i postizanje najveće produktivnosti u njima. Procesi sagorevanja u postojećim instalacijama odvijaju se velikom brzinom uz oslobađanje velike količine toplote tokom sagorevanja goriva i pri visokim temperaturama. Za bolje razumijevanje utjecaja različitih faktora na brzinu sagorijevanja, u nastavku se razmatraju elementi kinetike kemijskih reakcija.

Brzina bilo koje kemijske reakcije ovisi o koncentraciji reaktanata, temperaturi i pritisku. To se objašnjava činjenicom da se molekule plina, krećući se u različitim smjerovima velikom brzinom, sudaraju jedni s drugima. Što se češće sudaraju, reakcija se brže odvija. Učestalost sudara molekula ovisi o njihovom broju po jedinici volumena, odnosno o koncentraciji i, osim toga, o temperaturi. Pod koncentracijom se podrazumijeva masa tvari u jedinici volumena i mjeri se u kg/m3, a češće u broju kilomola u 1 m3.

4. Osobine sagorevanja gasovitog goriva

Proces sagorevanja gasovitog goriva je homogen, odnosno i gorivo i oksidant su u istom agregacionom stanju i nema fazne granice. Da bi sagorijevanje počelo, plin mora doći u kontakt sa oksidacijskim sredstvom. U prisustvu oksidacionog agensa, moraju se stvoriti određeni uslovi za početak sagorevanja. Oksidacija zapaljivih komponenti je moguća i na relativno niskim temperaturama. U ovim uslovima, brzine hemijskih reakcija su beznačajne. Kako temperatura raste, brzina reakcije se povećava.

Kada se postigne određena temperatura, mješavina plina i zraka se zapali, brzine reakcije naglo rastu i količina topline postaje dovoljna za spontano održavanje izgaranja. Minimalna temperatura na kojoj se smjesa zapali naziva se temperatura paljenja. Vrijednost ove temperature za različite plinove nije ista i zavisi od termofizičkih svojstava zapaljivih plinova, sadržaja goriva u smjesi, uslova paljenja, uslova za odvođenje topline u svakom pojedinom uređaju itd. Na primjer, paljenje temperatura vodonika je u rasponu od 820-870 K, a oksida ugljenika i metana - 870-930 K i 10201070 K.

Zapaljivi plin pomiješan sa oksidantom sagorijeva se u baklji. Baklja je određena zapremina pokretnih gasova u kojima se odvijaju procesi sagorevanja. U skladu s općim odredbama teorije izgaranja, razlikuju se dvije fundamentalno različite metode sagorijevanja plina u plamenu - kinetički i difuzijski. Kinetičko sagorijevanje karakterizira prethodno (prije izgaranja) miješanje plina s oksidantom. Plin i oksidans se prvo unose u uređaj za miješanje plamenika. Sagorijevanje smjese se vrši izvan miksera. U ovom slučaju, brzina procesa će biti ograničena brzinom kemijskih reakcija sagorijevanja i
τhot, τchem.

Difuzijsko sagorijevanje nastaje kada se zapaljivi plin pomiješa sa zrakom. Gas ulazi u radnu zapreminu odvojeno od vazduha. Brzina procesa u ovom slučaju će biti ograničena brzinom miješanja plina sa zrakom i τfr

Vrsta difuzionog sagorevanja je mešovito (difuziono-kinetičko) sagorevanje. Gas je prethodno pomiješan sa određenom (nedovoljnom za potpuno sagorijevanje) količinom zraka. Ovaj vazduh se naziva primarnim. Dobivena smjesa se unosi u radni volumen. Ostatak zraka (sekundarni zrak) ulazi tamo, odvojeno od njega.

U pećima kotlovskih jedinica često se koriste kinetički i mješoviti principi sagorijevanja goriva. Metoda difuzije najčešće se koristi u tehnološkim industrijskim pećima.

Struktura i dužina baklje, pod svim ostalim jednakim uslovima, zavise od režima strujanja. Razlikovati laminarne i turbulentne gasne baklje. Laminarni plamen se formira pri malim brzinama protoka smjese (Re 3000 plamen je turbulentan već blizu izlaza iz uređaja za gorionike.

Sagorevanje gasa se dešava u uskoj zoni koja se naziva front sagorevanja. Plin, prethodno pomiješan sa oksidacijskim sredstvom, gori na frontu sagorijevanja, što se naziva kinetičkim. Ova prednja strana je granica između sveže mešavine gasa i vazduha i produkata sagorevanja. Površina kinetičke fronte izgaranja određena je brzinom kemijskih reakcija.

U slučaju difuzionog sagorevanja gasa, formira se front difuzije sagorevanja, koji je granica između produkata sagorevanja i mešavine gasa sa produktima sagorevanja koji difunduju prema struji gasa. Površina ove fronte određena je brzinom miješanja plina sa oksidacijskim sredstvom.

Difuzijsko-kinetičko sagorevanje gasa karakteriše prisustvo dva fronta. Prilikom kinetičkog sagorijevanja troši se oksidans doveden u mješavini s plinom, a pri difuzijskom sagorijevanju troši se onaj dio plina koji nije izgorio tijekom kinetičkog sagorijevanja zbog nedostatka oksidatora.

Na sl. Na slici 1 prikazana je struktura gorućih baklji s različitim metodama sagorijevanja gorivih plinova i dijagram fronta sagorijevanja.

Rice. 1. : kinetička (a), mješovita (b) i difuzijska (c), kao i shema fronta sagorijevanja

Dolazeća svježa mješavina plina i zraka zagrijava se zbog prijenosa topline putem provođenja toplote i zračenja sa fronta sagorevanja. Smjesa zagrijana do temperature paljenja izgara u prednjem dijelu sagorijevanja, a proizvodi izgaranja napuštaju ovu zonu i djelomično difundiraju u nadolazeću smjesu. Položaj fronta sagorevanja iznad izlaza iz gorionika zavisi od fizičke prirode zapaljivog gasa, njegove koncentracije u smeši, brzine protoka i drugih faktora. Front sagorevanja se može kretati u pravcu koji je normalan na njegovu površinu sve dok se ne uspostavi jednakost između količine izgorele i dovedene smeše, koja se odnosi na jedinicu prednje površine. U ovom slučaju, termička ravnoteža je takođe ispunjena: tok toplote sa fronta sagorevanja je uravnotežen protivtokom prebačenog hladnog izvornog gasa.

Najvažnija karakteristika sagorevanja gasovitog goriva je brzina normalnog širenja plamena, brzina kojom se front sagorevanja kreće duž normale na svoju površinu u pravcu nadolazeće mešavine gasa i vazduha. Ako je projekcija vektora brzine strujanja na normalu na prednju površinu jednaka na i, ova fronta će biti stacionarna u odnosu na rez gorionika. Glavni faktori od kojih zavisi brzina normalnog širenja plamena su reaktivnost gasa, njegova koncentracija u smeši i temperatura predgrijavanja smeše.

Reaktivnost plina određena je vrijednošću energije aktivacije. Očigledno je da plinovi sa niskom energijom aktivacije reagiraju sa oksidacijskim sredstvom većom brzinom, a ovi plinovi se odlikuju velikom brzinom širenja plamena (vodik, acetilen). Količina toplote koja se oslobađa tokom sagorevanja i temperatura na frontu sagorevanja zavise od koncentracije gasa i smeše. Početno zagrijavanje smjese povećava temperaturu na prednjoj strani. Ako je brzina protoka mješavine znatno veća od brzine širenja plamena, tada se plamen može odvojiti. Ako su brzine izlaza mnogo manje od brzine širenja plamena, tada se plamen uvlači (probija) u gorionik.

5. Donja i gornja granica eksplozivnosti zapaljivih gasova

Još jedna važna karakteristika sagorijevanja mješavine plina i zraka je prisustvo granica koncentracije. Zapaljivi plinovi mogu se zapaliti ili eksplodirati ako se pomiješaju u određenim (za svaki plin) proporcijama sa zrakom i zagrijavaju ne niže od njihove temperature paljenja. Paljenje i dalje spontano sagorevanje mešavine gasa i vazduha pri određenim odnosima gasa i vazduha moguće je u prisustvu izvora vatre (čak i varnice).

Razlikovati donju i gornju koncentraciju granice eksplozivnosti (zapaljivosti) - minimalni i maksimalni postotak plina u smjesi, pri kojem se može zapaliti i eksplodirati.

Donja granica odgovara minimalnoj, a gornja maksimalnoj količini plina u smjesi, pri kojoj se zapaljuju (prilikom paljenja) i spontano (bez priliva topline izvana) širenje plamena (samozapaljenje) . Iste granice odgovaraju uslovima eksplozivnosti mešavina gasa i vazduha.

Donja granica eksplozivnosti odgovara minimalnoj koncentraciji isparenja goriva u mješavini sa zrakom, pri kojoj se javlja bljesak kada se podigne plamen. Gornja granica eksplozivnosti odgovara onoj maksimalnoj koncentraciji isparenja goriva u mješavini sa zrakom, iznad koje više ne dolazi do bljeska zbog nedostatka kisika u zraku. Što je širi raspon granica zapaljivosti (koji se nazivaju i granice eksplozije) i što je niža donja granica, to je plin eksplozivniji. Većina ugljikovodika ima niske granice eksplozivnosti. Za CH4 metan, donja i gornja granica eksplozivnosti su 5% i 15% zapremine, respektivno.

Brojni gasovi imaju najšire granice eksplozivnosti (zapaljivosti): vodonik (4,0 - 75%), acetilen (2,0 - 81%) i ugljen monoksid (12,5 - 75%). Volumetrijski sadržaj zapaljivog plina u mješavini plin-vazduh, ispod kojeg se plamen ne može spontano širiti u ovoj mješavini kada se u nju unese izvor visoke temperature, naziva se donja granica koncentracije paljenja (širenja plamena) ili donja eksplozivna vrijednost. granica ovog gasa. Dakle, mješavina plina i zraka je eksplozivna samo ako je sadržaj zapaljivog plina u njoj u rasponu između donje i gornje granice eksplozivnosti.

Postojanje granica zapaljivosti (eksplozivnosti) uzrokovano je gubitkom toplote tokom sagorevanja. Kada se zapaljiva smjesa razrijedi zrakom, kisikom ili plinom, gubici topline se povećavaju, brzina širenja plamena se smanjuje, a izgaranje prestaje nakon uklanjanja izvora paljenja.

Sa povećanjem temperature smjese, granice zapaljivosti se šire, a na temperaturi koja prelazi temperaturu samozapaljenja, mješavine plina sa zrakom ili kisikom izgaraju u bilo kojem volumnom omjeru.

Granice zapaljivosti (eksplozivnosti) ne zavise samo od vrste zapaljivih gasova, već i od eksperimentalnih uslova (kapacitet posude, toplotna snaga izvora paljenja, temperatura smeše, širenje plamena gore, dole, horizontalno, itd.). Ovo objašnjava malo različita značenja ovih ograničenja u različitim književnim izvorima. Kada se plamen širi odozgo prema dolje ili horizontalno, donje granice se lagano povećavaju, a gornje smanjuju.

Izračunati višak pritiska prilikom eksplozije ovakvih mešavina je sledeći: prirodni gas - 0,75 MPa, propan i butan - 0,86 MPa, vodonik - 0,74 MPa, acetilen - 1,03 MPa. U realnim uslovima, temperatura eksplozije ne dostiže maksimalne vrednosti i nastali pritisci su niži od naznačenih, međutim, sasvim su dovoljni da unište ne samo obloge kotlova, zgrada, već i metalne kontejnere ako dođe do eksplozije u njima.

Glavni razlog za nastanak eksplozivnih gasno-vazduh mešavina je curenje gasa iz sistema za snabdevanje gasom i njegovih pojedinačnih elemenata (curenje zatvarača ventila, habanje zaptivki kutije za punjenje, pucanje gasovoda, curenje navojnih spojeva itd.), kao i nesavršena ventilacija prostorija, peći i plinskih kanala kotlova i peći, podruma i raznih bunara podzemnih komunalnih usluga. Zadatak operativnog osoblja gasnih sistema i instalacija je pravovremena identifikacija i otklanjanje curenja gasa i striktno poštovanje proizvodnih uputstava za upotrebu gasovitog goriva, kao i bezuslovno kvalitetno obavljanje planiranih preventivnih pregleda i popravki gasa. sistemi snabdevanja i gasna oprema.

6. Osobine sagorevanja tečnog goriva

Glavno tečno gorivo koje se danas koristi je teško lož ulje. U instalacijama malog kapaciteta koristi se i lož ulje koje je mješavina tehničkog kerozina sa smolama. Najveću praktičnu primjenu ima metoda sagorijevanja tekućeg goriva u raspršenom stanju. Raspršivanje goriva omogućava značajno ubrzanje njegovog sagorijevanja i postizanje visokih toplinskih naprezanja u zapreminama komora za izgaranje zbog povećanja površine kontakta između goriva i oksidatora.

Tačka ključanja tekućih goriva uvijek je niža od njihove temperature samozapaljenja, odnosno minimalne temperature okoline, počevši od koje se gorivo pali, a zatim sagorijeva bez vanjskog izvora topline. Ova temperatura je viša od temperature paljenja, pri kojoj gorivo sagorijeva samo u prisustvu stranog izvora paljenja (varnica, užareni namotaj, itd.). Zbog toga je u prisustvu oksidatora sagorevanje tečnih goriva moguće samo u stanju pare. Ova okolnost je glavna za razumijevanje mehanizma sagorijevanja tečnog goriva.

Proces sagorevanja tečnog goriva obuhvata sledeće faze: 1 - atomizaciju (atomizaciju) pomoću mlaznica; 2 - isparavanje i termičko razlaganje goriva; 3 - mešanje dobijenih proizvoda sa vazduhom; 4 - paljenje smeše; 5 - stvarno sagorevanje.

Svrha atomizacije je da se poveća kontaktna površina tečnosti sa vazduhom i gasovima. U ovom slučaju površina se povećava nekoliko hiljada puta. Zbog jakog zračenja goruće baklje, kapljice vrlo brzo isparavaju i podliježu termičkom raspadanju (pucanju).

Kap tekućeg goriva koja je pala u zagrijani volumen, čija je temperatura viša od temperature samozapaljenja, počinje djelomično isparavati. Pare goriva se miješaju sa zrakom i formiraju mješavinu para i zraka. Do paljenja dolazi u trenutku kada koncentracija para u smjesi dostigne vrijednost koja prelazi njenu vrijednost na donjoj granici koncentracije paljenja. Sagorijevanje se tada spontano podržava toplinom koju stvara kapljica izgaranjem zapaljive smjese. Počevši od trenutka paljenja, brzina procesa isparavanja se povećava, jer temperatura sagorijevanja zapaljive smjese para-vazduh znatno premašuje početnu temperaturu zapremine u koju se unosi raspršeno gorivo.

Dakle, sagorijevanje tekućeg goriva karakteriziraju dva međusobno povezana procesa: isparavanje goriva uslijed oslobađanja topline iz goruće mješavine para i zraka i stvarno sagorijevanje ove mješavine u blizini površine kapljice. Homogeno sagorevanje mešavine para i vazduha je hemijski proces, a proces isparavanja je fizičke prirode. Rezultirajuća brzina i vrijeme sagorijevanja tekućeg goriva će biti određeni intenzitetom fizičkog ili hemijskog procesa.

Prilikom sagorevanja tečnog goriva, baklja se sastoji od tri faze: 1 - tečnost; 2 - čvrsti (raspršeni ugljenik od raspadanja tečnih ugljovodonika); 3 - gasovita.

Brzina sagorevanja, kao i kod sagorevanja zapaljivih gasova, zavisi od uslova stvaranja smeše, stepena preliminarne aeracije, stepena turbulencije plamena, temperature komore za sagorevanje i uslova za razvoj plamena. . Visokomolekularni ugljikovodični plinovi, koji se razlažu na visokim temperaturama u jednostavna jedinjenja, oslobađaju ugljik čađi, čija je veličina čestica vrlo mala (~ 0,3 mikrona). Ove čestice, kada se zagreju, daju sjaj plamena. Svjetlost plamena teških ugljovodonika može se smanjiti. Za to treba izvršiti djelomično prethodno miješanje, odnosno u mlaznicu treba dovesti određenu količinu zraka. Kisik mijenja prirodu razgradnje organskih molekula: ugljik se ne oslobađa u čvrstom obliku, već u obliku ugljičnog monoksida, koji gori plavkastim prozirnim plamenom.

Ako brzina sagorevanja nastalih para značajno premašuje brzinu isparavanja goriva, tada se brzina sagorevanja uzima kao brzina isparavanja, a zatim τcomb = τphys + τchem.

Inače, kada je brzina hemijske interakcije para sa oksidantom znatno niža od brzine isparavanja goriva, intenzitet procesa sagorevanja će u potpunosti zavisiti od brzine hemijskih reakcija sagorevanja smeše para-vazduh, i kapljice. isparavanje je najduža faza sagorevanja tečnog goriva. Stoga je za uspješno i ekonomično sagorijevanje tečnog goriva potrebno povećati disperziju atomizacije.

7. Sagorevanje čvrstog goriva (heterogeno sagorevanje)

Za sagorevanje goriva potrebna je velika količina vazduha, nekoliko puta veća od mase goriva. Prilikom puhanja sloja goriva zrakom, sila aerodinamičkog pritiska protoka P može biti manja od težine komada goriva G ili, obrnuto, veća od nje. U pećima s "fluidiziranim slojem", "ključanje" je povezano s odvajanjem čestica goriva, što povećava volumen sloja za 1,5-2,5 puta. Kretanje čestica goriva (obično su od 2 do 12 mm) slično je kretanju kipuće tekućine, zbog čega je takav sloj nazvan "ključanjem".

U pećima sa "fluidiziranim" slojem, strujanje plina i zraka ne cirkuliše u zoni sloja, već izduvava sloj ravno kroz njega. Zračni tok koji prodire u sloj podliježe neujednačenom usporavanju, što stvara složeno polje brzina u kojem čestice stalno mijenjaju svoj nagib ovisno o svom položaju u struji. U isto vrijeme, čestice dobijaju rotaciono-pulzirajuće kretanje, što stvara utisak tečnosti koja ključa.

Proces sagorevanja čvrstog goriva može se uslovno podeliti na faze koje se međusobno preklapaju. Ove faze se odvijaju pod različitim temperaturnim i termičkim uslovima i zahtevaju različite količine oksidansa.

Svježe gorivo koje ulazi u peć podvrgava se manje ili više brzom zagrijavanju, iz njega isparava vlaga i oslobađaju se hlapljive tvari - proizvodi suhe destilacije goriva. Istovremeno se nastavlja proces stvaranja koksa. Koks se sagoreva i delimično gasifikuje na rešetki, a gasoviti produkti sagorevaju u komori za sagorevanje. Negorivi mineralni dio goriva tokom sagorijevanja goriva pretvara se u šljaku i pepeo.

8. Dizajn raznih peći

Uređaj za sagorijevanje ili peć je dio kotlovske jedinice koja je dizajnirana da sagorijeva gorivo i oslobađa toplinu koja je kemijski vezana u njemu. Istovremeno, peć je uređaj za izmjenu topline u kojem se dio topline oslobođene pri sagorijevanju goriva zračenjem odaje na grijaće površine. Osim toga, kada se čvrsto gorivo sagori u peći, dio nastalog pepela ispada.

U skladu sa vrstom goriva koje se sagoreva, postoje peći za sagorevanje čvrstih, tečnih i gasovitih goriva. Pored toga, postoje peći u kojima je moguće istovremeno sagorevati različite vrste goriva: čvrsto sa tečnim ili gasovitim, tečno i gasovito.

Postoje tri glavne metode sagorevanja goriva: u krevetu, bakljom i vorteksom (ciklon). U skladu s tim, peći se dijele u tri velike klase: slojevite, bakrene i vrtložne. Toplotne i vorteks peći se često kombinuju u opštu klasu komornih peći.

Rice. 2.: a - gusti sloj; b - "ključajući" sloj; c i d - viseći sloj (heterogene baklje)

U sloju se gorivo sagorijeva ispod kotlovskih jedinica s kapacitetom pare do 20-35 t/h. U sloju se može sagorevati samo čvrsto grudvasto gorivo, na primer: mrki i bitumenski ugalj, grudasti treset, uljni škriljci, drvo. Gorivo koje se sagorijeva u ležištu utovaruje se na rešetku, na kojoj leži u gustom sloju. Sagorijevanje goriva odvija se u struji zraka, koji obično prodire u ovaj sloj odozdo prema gore.

Peći za sagorevanje goriva u krevetu se dele u tri klase (slika 3):

1 - peći sa fiksnom rešetkom i slojem goriva koji nepomično leži na njoj (sl. 3, a i b);

2 - peći s pokretnom rešetkom, pomičući sloj goriva koji leži na njoj (sl. 3, c, d);

3 - peći sa fiksnom rešetkom i slojem goriva koji se kreće duž nje (sl. 3, e, f, g).

Rice. 3. Dijagrami gorionika za sagorijevanje goriva u sloju: a - ručna horizontalna rešetka; b - ložište sa bacačem na fiksni ležaj; c - ložište sa lančanom mehaničkom rešetkom; d - ložište sa mehaničkom lančanom povratnom rešetkom i posipačem; d - ložište sa šuštavom šipkom; e - ložište sa rešetkom; g - ložište sistema Pomerantsev

Najjednostavnije ložište sa fiksnom rešetkom i fiksnim slojem goriva je ložište sa ručnom horizontalnom rešetkom (sl. 3, a). Na ovoj rešetki mogu se sagorevati sve vrste čvrstih goriva, ali potreba za ručnim održavanjem ograničava njegovu primenu u kotlovima vrlo malog parnog kapaciteta (do 1-2 t/h).

Za slojevito sagorevanje goriva pod kotlovima većeg parnog kapaciteta, mehanizovano je održavanje peći i, pre svega, dovod svežeg goriva u nju.

U pećima sa fiksnom rešetkom i fiksnim slojem goriva, mehanizacija utovara se vrši pomoću posipača 1, koji kontinuirano mehanički pune svježe gorivo i raspršuju ga po površini rešetke 2 (Sl. 3, b). U takvim pećima moguće je spaljivati ​​bitumenski i mrki ugalj, a ponekad i antracit pod kotlovima kapaciteta pare do 6,5-10,0 t/h.

Klasa peći sa pokretnom rešetkom koja pomiče sloj goriva koji leži na njoj uključuje peći sa mehaničkom lančanom rešetkom (slika 3, c), koje se izvode u različitim modifikacijama. U ovoj peći gorivo iz lijevka 1 gravitacijom teče do prednjeg dijela beskonačne lančane rešetke 2 koja se sporo kreće, preko koje se ubacuje u peć. Gorivo koje sagoreva neprekidno se kreće duž ložišta zajedno sa rešetkastim platnom. U tom slučaju potpuno izgori, nakon čega se šljaka nastala na kraju rešetke izlije u bunker za šljaku 3.

Peći s lančanom rešetkom su osjetljive na kvalitet goriva. Oni su najpogodniji za sagorevanje sortiranih, nezgrudnih, umereno vlažnih i umereno pepelnih ugljeva sa relativno visokom tačkom topljenja pepela i prinosom isparljivih materija od UG = 10-25% po zapaljivoj masi. U takvim pećima može se spaljivati ​​i sortirani antracit. Peći sa lančanom rešetkom su neprikladne za rad na ugljevlju koja se zgušnjava, kao i na uglju sa pepelom niskog taljenja. Ove peći se mogu ugraditi ispod kotlova snage pare od 10 do 150 t/h, ali u Rusiji se ugrađuju ispod parnih kotlova snage 10-35 t/h, uglavnom za sagorevanje sortiranog antracita.

Za sagorevanje goriva sa visokim sadržajem vlage, posebno treseta, lančana rešetka se kombinuje sa osovinskom peći koja je potrebna za prethodno sušenje goriva. Najčešća rudnička lančana peć je prof. T.F. Makarieva.

Druga vrsta ložišta predmetne klase su ložišta sa povratnom lančanom rešetkom i bacačem. U ovim pećima rešetka se kreće u suprotnom smjeru, odnosno od stražnjeg zida peći prema prednjem. Na prednjem zidu peći nalaze se posipači koji kontinuirano dovode gorivo u platno. Izgorjela šljaka se izlijeva iz rešetke u spremnik za šljaku koji se nalazi ispod prednjeg dijela peći. Peći ovog tipa su mnogo manje osjetljive na kvalitetu goriva od peći sa rešetkom prednjeg toka, pa se koriste za sagorijevanje sortiranog i nesortiranog bitumenskog i mrkog uglja pod kotlovima parnog kapaciteta 10-35 t. / h.

Peći sa fiksnom rešetkom i slojem goriva koji se kreće duž nje zasnivaju se na različitim principima organizacije procesa kretanja i sagorevanja goriva. U pećima sa šuštavom šipkom gorivo se kreće duž fiksne horizontalne rešetke sa posebnom šipkom posebnog oblika, krećući se naprijed-nazad duž rešetke. Koriste se za sagorevanje mrkog uglja pod kotlovima parnog kapaciteta do 6,5 t/h. Tip ložišta sa šuštavom šipkom je rasklopno ložište prof. S. V. Tatishcheva, koji se koristio za sagorijevanje mljevenog treseta pod kotlovima s kapacitetom pare do 75 t / h. Razlikuje se od konvencionalnog ložišta sa šuštavom šipkom po prisutnosti rudničke predpeći, u kojoj se mljeveni treset prethodno suši dimnim plinovima koji se posebnim ejektorom usisavaju u rudnik. U ovoj peći se takođe mogu sagorevati lignit i bitumenski ugalj.

U pećima sa nagnutom rešetkom i brzim pećima sistema VV Pomerantsev, gorivo koje ulazi u peć odozgo, tokom sagorevanja, klizi pod dejstvom gravitacije u donji deo peći, omogućavajući novim porcijama goriva da uđu u peć. . Ove peći se koriste za sagorevanje drvnog otpada pod kotlovima kapaciteta pare od 2,5 do 20 t/h, a rudničke peći za sagorevanje treseta - ispod kotlova parnog kapaciteta do 6,5 t/h.

Zbog posebnosti bilansa goriva u Rusiji, u kojoj se uglavnom koriste bitumenski i djelimično mrki ugalj, najčešće su peći sa bacačima i mehaničkim lančanim rešetkama. Peći dizajnirane za sagorevanje treseta, škriljaca i drveta su mnogo rjeđe, jer gorivo ovih vrsta u bilansu goriva Rusije igra sporednu ulogu.

Proces baklje može sagorevati čvrsta, tečna i gasovita goriva. pri čemu:

Plinovita goriva ne zahtijevaju nikakvu preliminarnu pripremu;

Čvrsto gorivo se mora prethodno samljeti u fini prah u specijalnim postrojenjima za mljevenje, čiji su glavni element mlinovi za mljevenje uglja;

Tečno gorivo se mora raspršiti u vrlo fine kapljice u posebnim mlaznicama.

Tekuća i gasovita goriva se sagorevaju pod kotlovima bilo kojeg parnog kapaciteta, a praškasto gorivo - pod kotlovskim jedinicama kapaciteta pare od 35-50 t/h i više.

Proces spaljivanja svakog od tri goriva ima specifične karakteristike, ali opći principi spaljivanja ostaju isti za sva goriva.

Peć za raspaljivanje (slika 4) je pravougaona komora 1 od vatrostalne opeke, u koju se kroz gorionike 2 u bliskom kontaktu uvode gorivo i vazduh neophodni za njegovo sagorevanje, odnosno mešavina goriva i vazduha. Ova mješavina se zapali i izgori u nastaloj baklji. Gasovi izgaranja napuštaju ložište u njegovom gornjem dijelu. Prilikom sagorijevanja praškastog goriva sa ovim produktima sagorijevanja, značajan dio pepela goriva se odvodi u plinovode kotla, a ostatak pepela pada u donji dio (ljevak za šljaku) peći u obliku šljake.

Rice. 4. : a - jednokomorna peć na gorivo u prahu sa uklanjanjem čvrstog pepela; b - jednokomorno ložište za gorivo u prahu sa uklanjanjem tečnog pepela; c - peć za tečna i gasovita goriva; d - peć sa poluotvorenom komorom za sagorevanje za sagorevanje goriva u prahu

Zidovi komore za sagorevanje su iznutra prekriveni sistemom vodeno hlađenih cevi - vodenim ekranima peći. Ovi ekrani su dizajnirani da zaštite zidove komore za sagorevanje od habanja i habanja pod dejstvom visoke temperature baklje i rastopljene troske, ali što je najvažnije, predstavljaju efikasnu grejnu površinu koja apsorbuje veliku količinu toplote koju emituje baklja. Zbog toga ovi vatrozidovi postaju veoma efikasno sredstvo za hlađenje dimnih gasova u komori za sagorevanje.

Peći za raspršivanje goriva dijele se u dvije klase prema načinu uklanjanja šljake: a) peći sa čvrstim uklanjanjem šljake; b) peći sa tečnim uklanjanjem šljake.

Komora 1 peći sa uklanjanjem šljake u čvrstom stanju (slika 4, a) odozdo je ograničena lijevkom za šljaku 3, čiji su zidovi zaštićeni zidnim cijevima. Ovaj lijevak se zove "hladno". Kapljice šljake koje ispadaju iz gorionika koje padaju u ovaj lijevak, zbog relativno niske temperature medija u njemu, stvrdnjavaju se, granulirajući u pojedinačna zrna. Iz hladnog lijevka granule šljake kroz grlo 4 ulaze u prijemnik šljake 5, iz kojeg se posebnim mehanizmom uklanjaju u sistem za uklanjanje pepela.

Komora 1 peći sa uklanjanjem tečne šljake (slika 4, b) odozdo je ograničena horizontalnim ili blago nagnutim ložištem 3, u čijoj blizini se, kao rezultat toplotne izolacije donjeg dela zidova peći, temperatura povećava. održava se iznad tačke topljenja pepela. Kao rezultat toga, šljaka ispuštena iz gorionika na ovo ložište ostaje u rastopljenom stanju i izlazi iz peći kroz otvor za slavinu 4 u kadu za prijem šljake 5, napunjenu vodom, gdje se, skrućivanjem, raspucava u male staklaste čestice.

Peći sa tečnim uklanjanjem šljake dijele se na jedno- (sl. 4, b) i dvokomorne za velike kotlove (sl. 4, d). U potonjem, komora za sagorijevanje je podijeljena u dvije komore:

1 - komora za sagorevanje u kojoj se sagoreva gorivo;

2 - rashladna komora u kojoj se hlade proizvodi sagorevanja.

Zasloni komore za sagorevanje su prekriveni toplotnom izolacijom

kako bi se maksimizirala temperatura izgaranja u cilju pouzdanijeg dobijanja tečne šljake, a ekrani rashladne komore su otvoreni tako da mogu dodatno smanjiti temperaturu produkata sagorevanja.

Peći na tečna i gasovita goriva (sl. 4, c) izvode se sa horizontalnim ili blago nagnutim ložištem.

U vrlo velikim kotlovskim jedinicama, uz prizmatične komore za sagorijevanje, izvode se i takozvane poluotvorene komore, koje karakterizira prisustvo posebnog suženja koje dijeli peć na dvije zone: sagorijevanje i hlađenje. Poluotvorene komore se koriste za sagorevanje praškastih (sl. 4, d), tečnih i gasovitih goriva.

Bakalne peći se mogu klasifikovati i po vrsti gorionika, koji su direktnotočni i vrtložni, i po lokaciji gorionika u komori za sagorevanje. Gorionici su postavljeni na prednjoj strani (sl. 4) i njenim bočnim zidovima i na uglovima komore za sagorevanje (slika 4). U velikim kotlovskim jedinicama moguće je koristiti i suprotan smještaj gorionika na prednjem i stražnjem zidu peći (sl. 4, d).

U vrtložnim (ciklonskim) pećima moguće je sagorevanje čvrstog goriva sa visokim sadržajem isparljivih materija, usitnjenog u prah ili do veličine zrna od 4-6 mm, kao i (do sada retko) lož ulje.

Princip rada ciklonske peći je da se u gotovo horizontalnoj (slika 5, a) ili u vertikalnoj cilindričnoj predpeći 1 malog prečnika stvara vrtlog gas-vazduh u kome kruže čestice sagorelog goriva. više puta dok ne izgore gotovo potpuno u suspenziji.

Rice. 5. : a - ložište sa horizontalnim ciklonskim pećima; b - ložište sa vertikalnim ciklonskim pećima

Produkti sagorevanja iz predpeći tokom sagorevanja čvrstog goriva ulaze u naknadno sagorevanje 2, a iz njega u rashladnu komoru 3 i zatim u gasne kanale kotlovske jedinice. Šljaka iz predpeći se uklanja u tečnom obliku kroz otvore 5, a za povećanje količine zarobljene šljake između naknadnog sagorevanja i rashladne komore ili između ciklonskih predgrejača i naknadnog sagorevanja, postavlja se snop cevi za hvatanje šljake 4. a proizvodi sagorevanja se uklanjaju direktno iz predpeći u rashladnu komoru. Ciklonske peći se koriste u kotlovskim jedinicama relativno velikog kapaciteta pare.

Pored tri glavne metode sagorevanja goriva koje su gore navedene, postoje i neke srednje metode.

Sagorevanje čvrstog goriva odvija se u dve faze: termička priprema; samo sagorevanje.

U prvoj fazi, gorivo se zagrijava i suši. Na 100 ° C, pirogenetska razgradnja komponenti goriva počinje oslobađanjem plinovitih isparljivih tvari. (Zona I). Trajanje ovog procesa zavisi od sadržaja vlage u gorivu, veličine čestica i uslova razmene toplote između čestica goriva i medija za sagorevanje.

Sagorijevanje goriva počinje paljenjem isparljivih tvari (zona II). t u ovoj zoni je 400-600 C. Prilikom sagorevanja nastaje toplota koja obezbeđuje ubrzano zagrevanje i paljenje koksnog ostatka. (Postoje dva neophodna uslova da gorivo sagorije: temperatura i dovoljna količina oksidatora. U bilo kojoj peći postoje 2 ulaza: jedan za gorivo, a drugi za oksidant)

Ovaj proces se odvija u desetinkama sekunde. Hlapljive tvari sagorevaju 0,2 do 0,5 sekundi. Q je istaknut kada t 800-1000 - zona III počinje. Sagorevanje koksa počinje na temperaturi od 1000 C i dešava se u III regionu. Ovaj proces je dugotrajan. 1 – Tgasno okruženje oko čestice. 2 -Tsama čestica . I- zona termičke pripreme,II- zona sagorevanja isparljivih materija,III- sagorevanje čestica koksa.

III - heterogeni proces. Brzina ovisi o brzini opskrbe kisikom. Vrijeme sagorijevanja čestice koksa je od ½ do 2/3 ukupnog vremena sagorijevanja (od 1 do 2,5 s) - zavisi od vrste i veličine goriva. Kod mladih goriva, proces ugljavanja nije završen velikim oslobađanjem isparljivih materija. Ostatak koksa< ½ начальной массы частицы. Горение идет быстро, возможность недожога низкая. У стар. топ. большой коксовый остаток, ближе к начальн размерам частиц. Время горения 1 мм ~ 1-2,5 с. Кокс остаток С = 60-97% массы топлива органического. 1 - puno čestica koksa, 2 - uski laminarni sloj debljine δ, 3 - zona turbulentnog strujanja.

Kiseonik se iz okoline dovodi do čestice ugljika zbog turbulentne difuzije visokog intenziteta, ali postoji tanak sloj plina blizu površine čestice (2), gdje je opskrba oksidansom podložna molekularnoj difuziji (lam sl) - on inhibira dovod kiseonika na površinu čestica. U ovom sloju se odvija naknadno sagorevanje zapaljivih gasovitih komponenti koje se emituju sa površine ugljenika tokom hemijskih reakcija.

Količina kisika dovedena u jedinici vremena na jediničnu površinu čestice pomoću turbulentne difuzije određena je:

GOK = A (SPOT - CCL) (1) , A - skup turbulentnog prijenosa mase. Ista količina kisika difundira kroz grobni sloj zbog molekularne difuzije:

GOK = Dδ (CCL - SPOV) (2) D - to-t mol diff-i c/z sloj ukopa δ. CCL = Guredu* δ D+ SPOT, GOK = A (SPOT - Guredu* δ D- SPOV), GOK = A*( SA LONCOM - SPOV ) 1+ AδD = ( SA LONCOM - SPOV ) 1 A + δ D = αD * (SPOT - SPOT), 1 A + δ D= αD - generalizovana konstanta brzine difuzije.

Broj dovedenih ok-la ovisi o αD i razlici u koncentraciji protoka i površine. Opskrba kisikom reagirajuće površine goriva određena je brzinom difuzije i koncentracijom kisika u toku i na površini koja reagira.

U stabilnom režimu sagorevanja, količina kiseonika dovedena na reakcijsku površinu difuzijom je jednaka količini kiseonika koja je reagovala sa ovom površinom.

ωR = αD (SPOT - SPOV). U isto vrijeme, brzina gorenja: ωG = k * SPOT, ako su jednake, onda može odrediti: ωG = 1 1 K + 1 α D* WITHZNOJ= kG * SPOT. KG = 1 1 K + 1 α D = K * α D α D + K (*) Da li je smanjena konstanta sagorevanja. 1 k G = 1 K + 1 α D- generalizovana otpornost na proces sagorevanja. 1 / k - kinetički otpor, određen intenzitetom toka hemijskog p-i sagorevanja; 1 / αD - fizički (difuzijski) otpor - zavisi od intenziteta dovoda oksidansa.

Ovisno o otporu, razlikuju se kinetička i difuzijska područja heterogenog sagorijevanja.

I - kinetičko područje (ωG = k * SPOT), II - međupodručje, III - područje difuzije (ωG = αD * SPOT)

Prema Arrheniusovom zakonu, brzina hemijske reakcije zavisi od temperature. αD (const sk-ty diff-i) slabo reaguje na temperaturu. Na temperaturama manjim od 800-1000 C, hemijska reakcija se odvija sporo, uprkos višku O2 u blizini čvrste površine. U ovom slučaju, 1 / k je veliko - sagorijevanje je inhibirano kinetikom p-u (t je malo) i područje se naziva Kinetičko područje sagorevanja... (1 / k >> 1 / αD). k<<αД, kГ ~k (*) - Pošto je p-I trom, kiseonik koji se dobija difuzijom se ne troši i njegova koncentracija na reakcionoj površini je približno jednaka koncentraciji u toku ωG = k * SPOT je brzina sagorevanja u kinetičkom području.

Brzina sagorevanja u kinetičkom regionu neće se promeniti sa pojačanim snabdevanjem kiseonikom, poboljšanjem aerodinamičkih procesa (regionI), ali zavisi od kinetičkog faktora, odnosno temperature... Opskrba ok-la >> potrošnja - koncentracija na površini ostaje gotovo nepromijenjena. Kako t raste, brzina reakcije raste, a koncentracija O2 i C opada. Dalje t dovodi do povećanja brzine sagorijevanja i njegova vrijednost je ograničena nedostatkom dovoda O2 na površinu, nedovoljnom difuzijom. Koncentracija kiseonika na površini → 0.

Područje sagorijevanja, u kojem brzina procesa ovisi o faktorima difuzije, naziva se Područje difuzijeIII... Ovdje k ​​>> αD ( Od * ): kG ~ αD. Brzina difuzije sagorevanja ograničena je isporukom O2 na površinu i njegovom koncentracijom u toku.

Difuzioni i kinetički regioni su odvojeni međuzonom II, gde su brzina snabdevanja kiseonikom i brzina hemijske reakcije približno jednake jedna drugoj. Što je manja veličina čvrstog goriva, veća je površina prijenosa topline i mase.

U područjima II i III, sagorijevanje se može poboljšati snabdijevanjem ok-la. Pri velikim brzinama ok-la povećava se otpor i debljina laminarnog sloja um-Xia i opskrba ok-la. Što je veća brzina, to se gorivo intenzivnije miješa sa O2, a što više t dolazi do prijelaza iz kinetičke u industrijsku, zatim u diff-tu regiju. Sa smanjenjem veličine čestica, područje kinetičkog sagorijevanja se povećava, jer male čestice imaju razvijeniji prijenos topline i mase sa okolinom.

D1> d2> d3, v1> v2> v3

D - veličina čestica praškastog goriva, v - brzina miješanja goriva sa zrakom - brzina dovoda ok-la

Paljenje bilo kojeg goriva počinje pri relativno niskom t s količinom ok-la (I). Čisto diff combustion III ograničeno je jezgrom baklje. Povećanje temperature dovodi do pomaka prema području difuznog sagorijevanja. Zona difuzionog sagorevanja se nalazi od jezgra baklje do zone naknadnog sagorevanja, gde je koncentracija reaktanata niska i njihova interakcija je određena zakonima difuzije.

Dakle, ako se sagorijevanje događa u difuzijskom ili srednjem području, onda sa smanjenjem veličine čestica praškastog goriva, proces se pomjera prema kinetičkom sagorijevanju. Područje čisto difuznog sagorijevanja je ograničeno. Ovo se primećuje u jezgru baklje sa maksimalnom temperaturom sagorevanja. Izvan jezgre, sagorevanje se dešava u kinetičkom ili srednjem području, koje karakteriše jaka zavisnost brzine sagorevanja od temperature.

Kinetičko i srednje područje sagorevanja odvija se iu zoni paljenja prašina-vazdušnog toka, a sagorevanje goriva svih vrsta sa preliminarnim formiranjem smeše odvija se u difuzijskom ili međupodručju.